Khi ngành sản xuất bước vào giai đoạn mới của màu xanh lá cây và thông minh, in 3D bảo vệ môi trường và bền vững đã trở thành một trong những công nghệ tập trung của ngành công nghiệp. Tuy nhiên, in 3D có thực sự bền vững không? Câu trả lời là phức tạp và đáng mong đợi.

Bài viết này sẽ phân tích một cách có hệ thống các lợi thế và thách thức của tính bền vững in 3D, và đề xuất một loạt các chiến lược tối ưu hóa thực tế xung quanh tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải, hiệu quả sản xuất phụ gia, tái chế vật liệu và thực tiễn sản xuất xanh, để giúp các công ty mong muốn đạt được chuyển đổi xanh thực hiện một bước quan trọng và thúc đẩy việc triển khai thực tế của hệ thống bảo vệ môi trường in 3D.

Ba lợi thế chính của in 3D cho sự bền vững

Giảm chất thải vật liệu

In 3D sử dụng "sản xuất phụ gia" để xây dựng các bộ phận từng lớp, có thể làm tăng việc sử dụng vật liệu 30% -90% so với các phương pháp sản xuất "cắt" truyền thống. Lấy các bộ phận titan cho động cơ máy bay làm ví dụ, khoảng 90% vật liệu được loại bỏ trong chế biến truyền thống, trong khi in 3D có thể kiểm soát chất thải dưới 10%. Điều này không chỉ cải thiện hiệu quả sản xuất, mà còn đạt được tính toán cẩn thận của nguyên liệu thô tại nguồn, đó là một đại diện điển hình của sản xuất xanh và in 3D con đường bảo vệ môi trường.

Giảm dấu chân carbon

In 3D hỗ trợ "sản xuất phi tập trung" và thực hiện sản xuất xuyên khu vực, phân phối và địa phương hóa. Mô hình này có thể rút ngắn đáng kể con đường hậu cần và giảm khí thải carbon do vận chuyển, và là một liên kết quan trọng trong chiến lược bền vững in 3D.

Speedfactory được thành lập bởi Adidas ở Ansbach, Đức, sử dụng in 3D, robot và công nghệ sản xuất kỹ thuật số để đạt được sản xuất địa phương hóa và theo yêu cầu. Nhà máy nhằm sản xuất khoảng 500.000 đôi giày mỗi năm, giảm đáng kể nhu cầu hậu cần vận chuyển từ các căn cứ sản xuất châu Á đến thị trường châu Âu, do đó giảm khí thải carbon trong quá trình vận chuyển.

Hỗ trợ nền kinh tế tuần hoàn

Ngày càng nhiều nhà cung cấp vật liệu đang ra mắt sợi in 3D tái chế (chẳng hạn như PETG, rPET, PLA, v.v.). Các giải pháp in 3D tròn đang dần được giới thiệu vào các kịch bản như giáo dục, thiết bị gia dụng và bao bì, cung cấp các mô tả quan trọng để thực hiện nền kinh tế tròn của in 3D và thúc đẩy sự bền vững của in 3D.

Những thách thức thực sự đối mặt với bảo vệ môi trường trong in 3D

Mặc dù in 3D có lợi thế môi trường tiềm năng, nó vẫn phải đối mặt với nhiều hạn chế trong các ứng dụng thực tế:

Tiêu thụ năng lượng cao

Các quy trình in chính như FDM và SLS tiêu thụ năng lượng cao gấp 3-5 lần mỗi kilogram vật liệu so với đúc phun trung bình. Đối với sản xuất công nghiệp đòi hỏi sản xuất hàng loạt, đây là một thách thức lớn về kiểm soát khí thải carbon. In 3D kim loại, đặc biệt là công nghệ nóng chảy laser chọn lọc (SLM), có lợi thế trong sản xuất khuôn phức tạp, nhưng vấn đề tiêu thụ năng lượng của nó không thể bỏ qua.

Theo một báo cáo của Viện Nghiên cứu Công nghệ Nghệ thuật Mỹ, mất 18-24 giờ để in một chèn khuôn công nghiệp, tương đương với tiêu thụ điện của một hộ gia đình trong ba ngày. Điều này đặt ra một thách thức trực tiếp đối với các mục tiêu bảo vệ môi trường của in 3D, và có một nhu cầu khẩn cấp để tối ưu hóa con đường bền vững của in 3D và giảm tiêu thụ năng lượng.

Các loại vật liệu có giới hạn và không thể tái chế hoàn toàn

Mặc dù có những nỗ lực tái chế vật liệu, các vật liệu thương mại chủ yếu vẫn là các sản phẩm hóa dầu (chẳng hạn như ABS và PA12). Một số vật liệu khó tái sử dụng hoặc không thể phân hủy sinh học, và vẫn gây ra mối đe dọa tiềm năng cho hệ sinh thái. Cải thiện cơ chế tái chế là một phần không thể thiếu trong việc cải thiện tính bền vững của in 3D.

Phát thải hạt vẫn bị đánh giá thấp

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng một số thiết bị FDM và SLA giải phóng các hạt siêu mịn (UFP) và các hợp chất hữu cơ dao động trong quá trình in. Nếu không lắp đặt bộ lọc, nó sẽ gây nguy hiểm lâu dài cho hệ hô hấp của con người. Điều này nhắc nhở chúng ta rằng "bảo vệ môi trường" không chỉ là một chỉ số phát thải vĩ mô, mà còn nên chú ý đến chất lượng không khí vi mô, để thực sự thực hiện đầy đủ khái niệm bảo vệ môi trường của in 3D.

Làm thế nào để in 3D thân thiện với môi trường hơn?  

Để di chuyển một cách thực tế hơn hướng tới sản xuất bền vững, ngành công nghiệp đang khám phá một loạt các biện pháp chống lại cụ thể:

Thiết lập vòng kín

Nhiều công ty đang xây dựng một vòng kín của "tái chế-xử lý-tái chế-in lại". Ví dụ, chai nhựa bị loại bỏ được định hình lại thành sợi trong các trường đại học và không gian sản xuất, và sau đó được sử dụng để in các bộ phận không mang tải như các mảnh hiển thị và công cụ. Thúc đẩy bản địa hóa hệ thống tái chế là một con đường quan trọng để xây dựng tính bền vững của in 3D.

Tối ưu hóa các thông số tiêu thụ năng lượng

Thông qua tối ưu hóa đường dẫn thuật toán, kiểm soát khu vực nóng, giấc ngủ thông minh và các phương pháp khác, tiêu thụ năng lượng đơn vị của thiết bị in 3D có thể giảm hơn 30%. Bảo trì thiết bị thường xuyên và tích hợp nhiệm vụ hàng loạt cũng có thể giảm hiệu quả tiêu thụ năng lượng không hiệu quả, giúp thúc đẩy việc phối hợp thúc đẩy bảo vệ môi trường in 3D và mục tiêu sản xuất xanh.

Tái chế các tập tin thất bại để giảm lãng phí tài nguyên

Tỷ lệ thất bại của in 3D thường là từ 8% đến 15%. Thiết lập một hệ thống tái xử lý cho các cấu trúc hỗ trợ và các bộ phận chất thải, chẳng hạn như thiết bị lưu thông vi mô để nghiền → khô → dây đùn lại, có thể giảm đáng kể chất thải vật liệu tiêu thụ và tăng cường cơ chế bảo vệ môi trường và hệ thống tái chế vật liệu của in 3D.

Nâng cao nhận thức về môi trường

Rất nhiều chất thải năng lượng và vật liệu đến từ thiết kế không hợp lý. Thúc đẩy các tiêu chuẩn thiết kế xanh vào các khóa học đại học và hệ thống chứng nhận công nghiệp và tăng cường nhận thức môi trường ở cấp thiết kế là nền tảng của chiến lược bền vững in 3D.

In 3D không thân thiện với môi trường tự nhiên, nhưng nó có lợi thế của chất thải vật liệu thấp, linh hoạt cao và sản xuất phụ gia kỹ thuật số hoàn toàn. Bằng cách xây dựng cơ chế tái chế vật liệu, cải thiện hiệu quả năng lượng và thực hiện các khái niệm thiết kế xanh, in 3D có thể dần dần chuyển đổi thành một lực lượng quan trọng trong sản xuất xanh và trở thành một công nghệ sản xuất thực sự bền vững.

Bạn muốn đánh giá liệu giải pháp in 3D của bạn có đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường không? Tìm hiểu thêm về các dịch vụ in 3D mà chúng tôi cung cấp.